و التطاير هو عملية تحويل مادة كيميائية سائلة أو صلبة إلى حالة الدولة أو بخار الغازية. المصطلحات الأخرى المستخدمة لوصف نفس العملية هي التبخير والتقطير والتسامي.
غالبًا ما يمكن فصل مادة عن أخرى عن طريق التطاير ويمكن استعادتها بعد ذلك عن طريق تكثيف البخار.
يمكن أن تتطاير المادة بسرعة أكبر إما عن طريق تسخينها لزيادة ضغط بخارها أو عن طريق إزالة البخار باستخدام تيار غاز خامل أو مضخة تفريغ.
تشمل إجراءات التسخين تطاير الماء أو الزئبق أو ثلاثي كلوريد الزرنيخ لفصل هذه المواد عن العناصر المتداخلة.
تستخدم التفاعلات الكيميائية أحيانًا لإنتاج منتجات متطايرة مثل إطلاق ثاني أكسيد الكربون من الكربونات والأمونيا في طريقة كيلدال لتقدير النيتروجين وثاني أكسيد الكبريت في تقدير الكبريت في الفولاذ.
تتميز طرق التطاير عمومًا بالبساطة الكبيرة وسهولة التشغيل ، إلا عند الحاجة إلى درجات حرارة عالية أو مواد شديدة المقاومة للتآكل (Louis Gordon ، 2014).
تطاير ضغط البخار
مع العلم أن درجة حرارة غليان الماء تصل إلى 100 درجة مئوية ، هل تساءلت يومًا عن سبب تبخر مياه الأمطار؟
هل هي 100 درجة مئوية؟ إذا كان الأمر كذلك ، فلماذا لا أشعر بالدفء؟ هل تساءلت يومًا ما الذي يعطي الرائحة المميزة للكحول أو الخل أو الخشب أو البلاستيك؟ (ضغط البخار ، SF)
المسؤول عن كل هذا هو خاصية تعرف باسم ضغط البخار ، وهي الضغط الذي يمارسه بخار في حالة توازن مع المرحلة الصلبة أو السائلة لنفس المادة.
أيضًا الضغط الجزئي للمادة في الغلاف الجوي على المادة الصلبة أو السائلة (Anne Marie Helmenstine ، 2014).
ضغط البخار هو مقياس لميل مادة ما إلى التغيير إلى الحالة الغازية أو البخارية ، أي مقياس تطاير المواد.
كلما زاد ضغط البخار ، زادت قدرة السائل أو الصلب على التبخر ، وبالتالي يصبح أكثر تقلبًا.
سيزداد ضغط البخار مع زيادة درجة الحرارة. تسمى درجة الحرارة التي يتساوى عندها ضغط البخار على سطح السائل مع الضغط الذي تمارسه البيئة بنقطة غليان السائل (Encyclopædia Britannica ، 2017).
يعتمد ضغط البخار على المادة المذابة في المحلول (وهي خاصية تجميعية). على سطح المحلول (واجهة الهواء والغاز) ، تميل الجزيئات الأكثر سطحية إلى التبخر ، والتبادل بين المراحل وتوليد ضغط بخار.
يقلل وجود المذاب من عدد جزيئات المذيب في الواجهة ، مما يقلل من ضغط البخار.
الشكل 1: انخفاض ضغط البخار عند وجود مادة مذابة.
يمكن حساب التغيير في ضغط البخار باستخدام قانون رولت للمواد المذابة غير المتطايرة والتي تُعطى من خلال:
حيث X2 هو الجزء الجزيئي للمذيب. إذا ضربنا طرفي المعادلة بـ P ° ، فسيظل:
استبدال (1) في (3) هو:
(4)
هذا هو الاختلاف في ضغط البخار عندما يذوب المذاب (Jim Clark ، 2017).
تحليل الوزن النوعي
التحليل الوزني هو فئة من التقنيات المعملية المستخدمة لتحديد كتلة أو تركيز مادة ما عن طريق قياس التغير في الكتلة.
تسمى المادة الكيميائية التي نحاول قياسها أحيانًا بالتحليل. يمكننا استخدام تحليل الجاذبية للإجابة على أسئلة مثل:
- ما هو تركيز الحليلة في المحلول؟
- ما مدى نقاء عينتنا؟ يمكن أن تكون العينة هنا صلبة أو في محلول.
هناك نوعان شائعان من تحليل الجاذبية. يتضمن كلاهما تغيير مرحلة التحليل لفصله عن باقي الخليط ، مما يؤدي إلى تغيير في الكتلة.
إحدى هذه الطرق هي قياس جاذبية الهواطل ، ولكن ما يهمنا حقًا هو قياس الجاذبية بالتطاير.
يعتمد قياس التطاير على التحلل الحراري أو الكيميائي للعينة وقياس التغيير الناتج في كتلتها.
بدلاً من ذلك ، يمكننا التقاط ووزن منتج التحلل المتطاير. نظرًا لأن إطلاق الأنواع المتطايرة يعد جزءًا أساسيًا من هذه الطرق ، فإننا نصنفها بشكل جماعي على أنها طرق تحليل التطاير الجاذبية (Harvey ، 2016).
مشاكل التحليل الوزني هي ببساطة مشاكل قياس العناصر مع بضع خطوات إضافية.
لإجراء أي حساب متكافئ ، نحتاج إلى معاملات المعادلة الكيميائية المتوازنة.
على سبيل المثال ، إذا كانت العينة تحتوي على شوائب من ثنائي هيدرات كلوريد الباريوم (BaCl 2 H 2 O) ، فيمكن الحصول على كمية الشوائب عن طريق تسخين العينة لتبخير الماء.
سيعطينا الفرق في الكتلة بين العينة الأصلية والعينة المسخنة ، بالجرام ، كمية الماء الموجودة في كلوريد الباريوم.
باستخدام حساب بسيط للقياسات المتكافئة ، سيتم الحصول على كمية الشوائب في العينة (خان ، 2009).
التقطير التجزيئي
التقطير التجزيئي هو عملية يتم من خلالها فصل مكونات خليط سائل إلى أجزاء مختلفة (تسمى الكسور) وفقًا لنقاط غليانها المختلفة.
يلعب الاختلاف في تقلبات المركبات في الخليط دورًا أساسيًا في فصلها.
يستخدم التقطير التجزيئي لتنقية المواد الكيميائية وأيضًا لفصل الخلائط للحصول على مكوناتها. يتم استخدامه كأسلوب معمل وفي الصناعة ، حيث تكون العملية ذات أهمية تجارية كبيرة.
يتم تمرير الأبخرة من محلول الغليان عبر عمود طويل يسمى عمود التجزئة.
يتم تعبئة العمود بخرز من البلاستيك أو الزجاج لتحسين الفصل من خلال توفير مساحة أكبر للتكثيف والتبخر.
الشكل 2: الإعداد للتقطير الجزئي في المختبر.
تنخفض درجة حرارة العمود تدريجياً بطول طوله. تتكثف المكونات ذات نقطة الغليان الأعلى على العمود وتعود إلى المحلول.
تمر مكونات الغليان السفلية (الأكثر تقلبًا) عبر العمود ويتم تجميعها بالقرب من القمة.
من الناحية النظرية ، فإن وجود المزيد من الخرز أو الألواح يحسن الفصل ، ولكن إضافة الألواح تزيد أيضًا من الوقت والطاقة اللازمين لإكمال التقطير (Helmenstine ، 2016).
المراجع
- آن ماري هيلمنستين. (2014 ، 16 مايو). تعريف ضغط البخار. تعافى من thinkco.com.
- Encyclopædia Britannica. (2017 ، 10 فبراير). ضغط البخار. تعافى من britannica.com.
- هارفي د. (2016 ، 25 مارس). التطاير الجاذبية. تعافى من chem.libretexts.
- Helmenstine ، AM (2016 ، 8 نوفمبر). تعريف التقطير التجزيئي وأمثلة. تعافى من thinkco.com.
- جيم كلارك ، إلينوي (2017 ، 3 مارس). قانون راولت. تعافى من chem.libretexts.
- خان ، س. (2009 ، 27 أغسطس). مقدمة في تحليل الجاذبية: قياس التطاير. تعافى من أكاديمية خان.
- لويس جوردون ، أر دبليو (2014). تعافى من accessscience.com.
- ضغط البخار. (سادس). تعافى من chem.purdue.edu.